本發(fā)明專利技術(shù)涉及一種槳距驅(qū)動設(shè)備（10），該槳距驅(qū)動設(shè)備能夠進(jìn)行緊急操作以用于調(diào)整一個風(fēng)力發(fā)電站或一個水力發(fā)電站的一個轉(zhuǎn)子葉片槳距。該槳距驅(qū)動設(shè)備（10）包括一個逆變器設(shè)備（14）和一個三相電流驅(qū)動電動機(jī)。該驅(qū)動電動機(jī)實(shí)施為一個三相IPM同步電動機(jī)（12）（內(nèi)部永磁體式）。一個直流電流電力存儲設(shè)備（20）可以有利地是至少針對緊急操作而言實(shí)質(zhì)上直接連接至位于一個整流器設(shè)備（16）與該逆變器設(shè)備（14）之間的一個中間直流電流電路（18），以便至少短暫地將電力供應(yīng)到該同步電動機(jī)（12）上，從而使得當(dāng)中間電路電壓UZK正在下降時，該IPM同步電動機(jī)（12）也可以至少短暫地在速度控制下操作。本發(fā)明專利技術(shù)使得當(dāng)在緊急操作中一個中間電路電壓UZK正在下降時該槳距驅(qū)動設(shè)備在高轉(zhuǎn)矩下能夠速度受控緊急操作，其中該直流電流能量存儲設(shè)備可以例如作為一個能量緩沖器來改善效率，并且減少經(jīng)由轉(zhuǎn)子滑環(huán)的電流傳送。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】用于風(fēng)力或水力發(fā)電站的能夠進(jìn)行緊急操作的槳距驅(qū)動設(shè)備
技術(shù)介紹
本專利技術(shù)涉及一種能夠進(jìn)行緊急操作以用于調(diào)整風(fēng)力或水力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片槳距的槳距驅(qū)動設(shè)備。這種屬類的設(shè)備用于相對于一個轉(zhuǎn)子葉片的流動的空氣或水媒介來改變槳距角(槳距)，以便驅(qū)動一個能量產(chǎn)生設(shè)備，具體來說是驅(qū)動一個發(fā)電機(jī)。現(xiàn)有技術(shù)已經(jīng)披露了在機(jī)電驅(qū)動系統(tǒng)中使用DC和AC異步電動機(jī)(ASM)來調(diào)整風(fēng)力或水力發(fā)電站的一個轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)子葉片，這可以是依據(jù)旋轉(zhuǎn)速度來控制的。使用DC機(jī)器的原因在于，即使在控制電子設(shè)備和電力電子設(shè)備故障的情況下，它們也允許轉(zhuǎn)子葉片的能量移動到翼片位置，其中在電力系統(tǒng)故障的情況下，一個蓄能器組或電池組供應(yīng)直流電壓。經(jīng)常使用AC機(jī)器的原因在于，AC機(jī)器實(shí)際上無需維護(hù)并且具有成本效益，而且可以使高轉(zhuǎn) 矩的功率水平可供使用。作為一個原則的是，旋轉(zhuǎn)速度可以由電力電子設(shè)備控制的異步電動機(jī)在大多數(shù)情況下用作AC機(jī)器，其中所述電力電子設(shè)備通常包括一個整流器設(shè)備和一個逆變器設(shè)備，以及用于電動機(jī)繞組的PWM致動的一個控制設(shè)備。對于緊急操作模式，在許多情況下提供了替代的DC驅(qū)動器，這些DC驅(qū)動器在電源故障的情況下可以借助于直流電壓源來執(zhí)行緊急移動。作為一個原則基于從旋轉(zhuǎn)速度傳感器或者位置傳感器測得的數(shù)據(jù)來控制旋轉(zhuǎn)速度。在傳感器故障的情況下，在v/f操作模式(電壓/頻率控制)中控制的ASM可以移動到安全位置，具體來說是移動到翼片位置。在DC和AC電動機(jī)類型中，即使在低直流電壓中間電路電壓的情況下也可以使場減弱以便允許高旋轉(zhuǎn)速度。場減弱模式意味著在旋轉(zhuǎn)速度增加時，驅(qū)動磁場的強(qiáng)度減弱，同時電流保持恒定。在此上下文中，可以輸出的轉(zhuǎn)矩也減小，因?yàn)檗D(zhuǎn)矩是磁場與電流的乘積。現(xiàn)有技術(shù)中存在若干缺點(diǎn)DC電動機(jī)非常昂貴并且需要大量維護(hù)。由于DC電動機(jī)的低功率密度，其質(zhì)量慣性矩一般是高的。結(jié)果是，這些電動機(jī)不適合于動態(tài)應(yīng)用，例如在換向模式中的連續(xù)個別葉片控制。AC機(jī)器具有的缺點(diǎn)在于，理論峰值轉(zhuǎn)矩隨著電壓的二次方而下降。由于在故障情況下小于400伏的低中間電路電壓VZK，AC機(jī)器必須針對低電壓進(jìn)行配置，并且強(qiáng)制地帶動逆變器必須生成以供使用的一個高電流流動。這些缺點(diǎn)由如獨(dú)立權(quán)利要求I所述的設(shè)備解決。有利的發(fā)展是附屬權(quán)利要求的標(biāo)的物。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
根據(jù)本專利技術(shù)，提出了一種能夠進(jìn)行緊急操作以用于調(diào)整風(fēng)力或水力發(fā)電站的轉(zhuǎn)子葉片的槳距驅(qū)動設(shè)備，該槳距驅(qū)動設(shè)備包括至少一個逆變器設(shè)備和一個三相電流驅(qū)動電動機(jī)。該三相電流驅(qū)動電動機(jī)被實(shí)施成一個永磁體激勵的三相電流IPM (內(nèi)部永磁體式)同步電動機(jī)。IPM同步電動機(jī)具有一個轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子配備有多個永磁體，這些永磁體埋入在轉(zhuǎn)子的內(nèi)部中，該IPM同步電動機(jī)在下降的中間電路電壓的情況下，例如在一個三相電流電力系統(tǒng)供應(yīng)的一個或兩個電力系統(tǒng)相故障、一個整流器的一個分支中的或逆變器的缺陷的情況下或者在借助于一個中間電路緊急操作直流電壓源的緊急操作的情況下，可以達(dá)到比具有被供應(yīng)直流電流的一個移動的線圈轉(zhuǎn)子或SPM (表面附接永磁體)轉(zhuǎn)子的一個相當(dāng)?shù)某Ｒ?guī)同步電動機(jī)更高的轉(zhuǎn)矩。結(jié)果是，在下降的供應(yīng)電壓的情況下，尤其在故障的情況下可以實(shí)現(xiàn)一個高轉(zhuǎn)矩，并且在故障的情況下可以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)子的快速緊急移動或調(diào)整。結(jié)果，轉(zhuǎn)子葉片調(diào)整設(shè)備的穩(wěn)健性顯著增強(qiáng)，并且發(fā)電站的安全性得到改善。針對緊急操作模式，一個直流電壓能量存儲設(shè)備可以有利地實(shí)質(zhì)上直接連接到位于一個整流器設(shè)備與該逆變器設(shè)備之間的一個直流電壓中間電路，以便至少短暫地將能量供應(yīng)到該同步電動機(jī)，結(jié)果是即使當(dāng)中間電路電壓Vzk正在下降，該IPM同步電動機(jī)也可以至少短暫地在旋轉(zhuǎn)速度控制下操作。因此，至少在緊急操作模式中，能量存儲設(shè)備可以將DC能量直接饋送到整流器設(shè)備與逆變器設(shè)備之間的中間電路中，并且同步電動機(jī)可以在旋轉(zhuǎn)速度控制下操作，只要能量存儲設(shè)備可以生成可供使用的能量即可。本專利技術(shù)是基于組合了多種不同優(yōu)點(diǎn)的一個系統(tǒng)概念。一種有利的槳距驅(qū)動設(shè)備包括三個核心部件具有永磁體轉(zhuǎn)子的一個同步機(jī)器，該同步機(jī)器具有埋入的磁體并且充當(dāng) 槳距驅(qū)動電動機(jī)；一個逆變器單元，該逆變器單元作為一個伺服功率逆變器；以及最后，一個直流電壓能量存儲設(shè)備，該直流電壓能量存儲設(shè)備作為備用能量存儲器，有利地包括多個高電容量電容器。直流電壓能量存儲設(shè)備直接耦合到整流器單元與逆變器單元之間的中間電路上，而無需例如現(xiàn)有技術(shù)中已知必須使用的隔離二極管。這意味著功率逆變器設(shè)備與能量存儲設(shè)備的中間電路的電壓水平Vzk是標(biāo)稱上相同的。在電力系統(tǒng)供應(yīng)故障的情況下，直流電壓能量存儲設(shè)備通常無法維持560V DC的中間電路電壓的高水平，結(jié)果是直流電壓Vzk可能隨著槳距驅(qū)動器的能量消耗以及存儲容量的能量消耗而下降到100V。在此情形中，常規(guī)的SPM (表面永磁體式)同步電動機(jī)只能不足夠地并且在窄限制內(nèi)受到旋轉(zhuǎn)速度控制，這些電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩經(jīng)歷了一個嚴(yán)重的減小并且存在著槳距驅(qū)動器故障的高風(fēng)險。同步電動機(jī)一般具有的優(yōu)點(diǎn)是，定態(tài)轉(zhuǎn)矩只取決于可用的電動機(jī)電流，并且對可用電壓不具有任何依賴性，例如在復(fù)合繞組的情況下或者在異步機(jī)器中。根據(jù)本專利技術(shù)，同步電動機(jī)是具有埋入在內(nèi)側(cè)上的多個轉(zhuǎn)子磁體的IPM (內(nèi)部永磁體)同步電動機(jī)。IPM同步電動機(jī)具有高磁阻，結(jié)果是IPM同步電動機(jī)具有與磁阻電動機(jī)相似的性質(zhì)。在此上下文中，由于埋入的磁體帶來的磁阻特性提供了兩個優(yōu)點(diǎn)在低中間電路電壓的情況下機(jī)器的峰值功率高于配備有表面磁體的機(jī)器的峰值功率。此外，機(jī)器的磁阻效應(yīng)可以用來在低旋轉(zhuǎn)速度下用大的轉(zhuǎn)矩儲備來控制機(jī)器而無需使用傳感器。因此，在旋轉(zhuǎn)信號產(chǎn)生器故障的情況下，葉片仍可以可靠地移動到翼片位置中。這個優(yōu)點(diǎn)通過IPM電動機(jī)的以下性質(zhì)而成為可能IPM同步電動機(jī)在縱向電感Ld與橫向電感Lq之間具有顯著的差異，其中作為一個原則Lq>Ld。Ld和流過它的電流Id描述磁場的場形成分量，并且Lq和Iq描述轉(zhuǎn)矩形成分量。由于此差異，在相對低旋轉(zhuǎn)速度的情況下以及在減小的電壓的情況下，如圖6中圖解說明的IPM電動機(jī)極為適合于使相對高的轉(zhuǎn)矩可供使用，并且適合于在無傳感器的情況下受到控制。在IPM設(shè)計(jì)的情況下，這些永磁體配合到轉(zhuǎn)子中的多個切口中，如圖5中圖解說明。結(jié)果是，可以實(shí)現(xiàn)一個小的機(jī)械氣隙，這導(dǎo)致對定子繞組的電感值的相對大的影響。由于這種永磁體安排，在轉(zhuǎn)子通量軸線的方向(d方向)上的有效氣隙大于q方向上的有效氣隙，結(jié)果，與q橫向軸線中的電感相比，d方向上的電感下降。機(jī)器的這種不對稱性(LcKLq)帶來一個額外的磁阻轉(zhuǎn)矩并且允許了上文提到的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本專利技術(shù)的設(shè)備、下文描述的有利發(fā)展以及先前的系統(tǒng)特征具有以下目的增加系統(tǒng)效率在換向期間產(chǎn)生的能量不會如先前制動斬波器(制動電阻器)的情況那樣轉(zhuǎn)換為熱，而是可以存儲在能量存儲單元中，優(yōu)選一個電容器安排中。由于同步電動機(jī)、尤其是一個IPM (集成永磁體式)同步電動機(jī)的特殊特性，可以在給定一個對應(yīng)的負(fù)載的情況下使電動機(jī)的功率耗用最小。 由于中間電路輸入電流的限制，可以通過能量存儲單元中存儲的能量來吸收必要的負(fù)載峰值。滑環(huán)上以及電力系統(tǒng)上的最大加載下降。功率損失減少，并且轉(zhuǎn)子滑環(huán)受到保護(hù)。由于這種設(shè)計(jì)帶來的同步電動機(jī)的低質(zhì)量慣性矩，在驅(qū)動器的加速以及制動期間的損失可以減少。增加系統(tǒng)安全性由于在無本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：托拜厄斯·羅斯曼，拉斯·考克，
申請(專利權(quán))人：穆格昂納公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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